CE23 - Intelligence artificielle

Web Sémantique des Objets Contraints – CoSWoT

CoSWoT

Constrained Semantic Web of Things

Enjeux et Objectifs

L’Internet des Objets connecte des objets tels des capteurs, actionneurs avec leur voisinage. La puissance toujours croissante de ces objets permet d’imaginer de nouvelles architectures les traitant comme des citoyens de première classe. On peut imaginer de nouvelles applications en e-agriculture, bâtiments intelligents, villes intelligentes, gestion de l’énergie et de l’eau, e-santé et “bien vieillir”... Le Web des Objets (WoT) permet la description sémantique des objets, comblant le fossé entre les différentes descriptions de domaines et services. Dans les architectures WoT actuelles, les objets peuvent se situer loin des systèmes qui traitent leurs données. Une approche centralisée ne profite pas des capacités des objets et induit des transferts de données sous-optimaux et la surcharge du serveur. Pourtant, de nombreux objets sont suffisamment intelligents pour découvrir ses voisins, échanger des données et prendre des décisions collectivement. <br /> <br />CoSWoT a pour objectif de proposer une architecture logicielle distribuée embarquée sur objets contraints avec deux caractéristiques principales (1) elle utilisera des ontologies pour spécifier déclarativement la logique applicative et la sémantique des messages échangés; (2) elle ajoutera aux objets des compétences de raisonnement pour distribuer le calcul. Ainsi, le développement d’applications incluant des objets du WoT sera hautement simplifiée : notre plateforme permettra le développement et l’exécution d’applications WoT décentralisées et intelligentes malgré l’hétérogénéité des objets.

Dans CoSWoT, les applications reposeront sur une plateforme hébergeant les services de base. Elle hébergera aussi des extensions correspondant à deux barrières scientifiques:
(1) L’utilisation d’ontologies comme modèle généralisé pour les échanges entre les objets hétérogènes. Une déclaration conjointe de l’AIOI WG3, IEEE P2413, oneM2M, W3C place les ontologie comme des facilitateurs clés de l’interopérabilité sémantique du WoT. Mais il reste des questions de recherche sur (i) l’adéquation des ontologies existantes aux besoins des domaines ciblés ; (ii) l’applicabilité des principes théoriques développés dans des protocoles variés et standards, dans le contexte des flux de données ; (iii) la découverte des objets, de leurs services, et de la manière de les solliciter.
(2) le raisonnement incrémental embarqué distribué. De nouvelles architectures apparaissent, basées sur le edge computing, incluant la puissance de calcul des capteurs et actionneurs. Les flux de données fournis par les capteurs nécessitent des tâches de raisonnement incrémental. Des questions de recherche d’actualité sont (i) comment embarquer du raisonnement dans des objets aux capacités variées, il faut des optimisations spécifiques ; (ii) comment distribuer efficacement les tâches de raisonnement parmi les objets.

Au sujet de l’interopérabilité, les résultats sont : (1) Etat de l'art sur les ontologies, projets, et standards pour l'interopérabilité sémantique dans le Web des Objets, (2) Amorce du développement du graphe de connaissances CoSWoT Data, où seront publiées la compilation des connaissances relatives au projet CoSWoT, (3) Organisation d'un hackathon sur 3 jours avec les membres du projet CoSWoT, des étudiants ICM et des étudiants de l'ISTP.
En termes de raisonnement, les résultats sont : (1) État de l’art sur le raisonnement embarqué et distribué (publié), (2) Conception de l’API d’un moteur d’inférences embarqué sur des objets contraints, (3) Première implémentation de ce moteur et premières optimisations pour permettre le raisonnement incrémental et contraint
En termes de plateforme d’exécution, les résultats sont : (1) Etat de l’art sur les systèmes et architectures dans le Web des objets avec des applications dans l’e-agriculture et le bâtiment intelligent, (2) Evaluation des frameworks de développement de Servient compatibles avec la recommandation du W3C sur le WoT, (3) Proposition d’une première version d'architecture d’un Servient CoSWoT (4) Premiers développements du backend avec le framework Eclipse ThingWeb node-wot d’un workflow de sémantisation d’un flux de données de capteurs (température, humidité, concentration) pour stockage dans un entrepôt RDF avec/sans raisonnement. Illustration des données du bâtiment du LIRIS
En termes de cas d’usage et expérimentations, les résultats sont : (1) écriture des cas d’usage pour le bâtiment et l’agriculture, (2) Bâtiment Espace Fauriel de la Plateforme Territoire: prise en main de l'installation immotique historique, préparation au déploiement d'un ensemble hétérogène de capteurs et actionneurs. (3) Bâtiment Campus LyonTech La Doua: use case défini, (4) Ferme expérimentale de Montoldre: use case définis, architecture réseau définie et développement des premiers prototypes de capteurs

continue with the project

• Francesco Antoniazzi, Ghislain Atemezing, Fabien Badeig, Mahdi Bennara, Stephan Bernard, Pierre-Antoine Champin, Jean-Pierre Chanet, Christophe Gravier, Yann Gripay, Frédérique Laforest, Maxime Lefrançois, Lionel Médini, Laure Moiroux, Catherine Roussey, Sylvie Servigne, Kamal Singh, Julien Subercaze, Antoine Zimmermann, “Interoperabilité et raisonnement dans le Web Sémantique des objets: le projet CoSWoT”, Journées francophones d’Ingénierie des Connaissances (IC), July 2020, Angers, France. HAL
• Alexandre Bento, Lionel Médini, Kamal Singh, Frédérique Laforest, “Raisonnement embarqué et distribué pour le Web des Objets : un état de l’art”, Ingénierie des Connaissances - Plate-Forme Intelligence Artificielle (IC/PFIA), Bordeaux, France, 28 Juin - 2 Juillet 2021.
• article l’mtech, decembre 2019 blogrecherche.wp.imt.fr/2019/12/11/le-petit-larousse-des-objets-connectes/
• 7 Juillet 2021, présentation au GT ROCED du GDR Madics par Alexandre Bento
• 8 Décembre 2020: Poster à International Forum of Agricultural Robotic (FIRA 2020), Dec 2020, Virtual event, France.
• 30 Juin 2020, journée IoT et IA’, PFIA, F. Laforest
• Gyrard A., Atemezing G., Serrano M. (2021) PerfectO: An Online Toolkit for Improving Quality, Accessibility, and Classification of Domain-Based Ontologies. In: Pandey R., Paprzycki M., Srivastava N., Bhalla S., Wasielewska-Michniewska K. (eds) Semantic IoT: Theory and Applications. Studies in Computational Intelligence, vol 941. Springer, Cham. doi.org/10.1007/978-3-030-64619-6_7
• Maxime Lefrançois, «Smart Building and IA: collaborative projects at MINES Saint-Étienne«, in www.tenerrdis.fr/uploads/2021/03/smart-grids-in-auvergne-rhone-alpes-detailed-programme-2021-03-17-1.pdf
• Maxime Lefrançois «Cadre de développement de l'ontologie modulaire et versionnée ETSI SAREF«, EGC-AFIA, 2021 jtegcafia2021.sciencesconf.org/resource/page/id/3

L’Internet des Objets connecte des objets tels des capteurs, actionneurs avec leur voisinage. La puissance toujours croissante de ces objets permet d’imaginer de nouvelles architectures les traitant comme des citoyens de première classe. On peut imaginer de nouvelles applications en e-agriculture, bâtiments intelligents, villes intelligentes, gestion de l’énergie et de l’eau, e-santé et “bien vieillir”... Le Web des Objets (WoT) permet la description sémantique des objets, comblant le fossé entre les différentes descriptions de domaines et services. Dans les architectures WoT actuelles, les objets peuvent se situer loin des systèmes qui traitent leurs données. Une approche centralisée ne profite pas des capacités des objets et induit des transferts de données sous-optimaux et la surcharge du serveur. Pourtant, de nombreux objets sont suffisamment intelligents pour découvrir ses voisins, échanger des données et prendre des décisions collectivement.

CoSWoT a pour objectif de proposer une architecture logicielle distribuée embarquée sur objets contraints avec deux caractéristiques principales (1) elle utilisera des ontologies pour spécifier déclarativement la logique applicative et la sémantique des messages échangés; (2) elle ajoutera aux objets des compétences de raisonnement pour distribuer le calcul. Ainsi, le développement d’applications incluant des objets du WoT sera hautement simplifiée : notre plateforme permettra le développement et l’exécution d’applications WoT décentralisées et intelligentes malgré l’hétérogénéité des objets.

Dans CoSWoT, les applications reposeront sur une plateforme hébergeant les services de base. Elle hébergera aussi des extensions correspondant à deux barrières scientifiques:
(1) L’utilisation d’ontologies comme modèle généralisé pour les échanges entre les objets hétérogènes. Une déclaration conjointe de l’AIOI WG3, IEEE P2413, oneM2M, W3C place les ontologie comme des facilitateurs clés de l’interopérabilité sémantique du WoT. Mais il reste des questions de recherche sur (i) l’adéquation des ontologies existantes aux besoins des domaines ciblés ; (ii) l’applicabilité des principes théoriques développés dans des protocoles variés et standards, dans le contexte des flux de données ; (iii) la découverte des objets, de leurs services, et de la manière de les solliciter.
(2) le raisonnement incrémental embarqué distribué. De nouvelles architectures apparaissent, basées sur le edge computing, incluant la puissance de calcul des capteurs et actionneurs. Les flux de données fournis par les capteurs nécessitent des tâches de raisonnement incrémental. Des questions de recherche d’actualité sont (i) comment embarquer du raisonnement dans des objets aux capacités variées, il faut des optimisations spécifiques ; (ii) comment distribuer efficacement les tâches de raisonnement parmi les objets.

L’e-agriculture est un domaine d’application typique de telles architecture WoT, où la surveillance de champs cultivés nécessite des capteurs variés qui envoient des flux de données. Ces flux sont la source de raisonnements qui permettent de prendre des décisions et faire agir les actionneurs. Le bâtiment intelligent est un autre domaine où des services applicatifs à valeur ajoutée impliquent d’autres secteurs verticaux comme la gestion de l’énergie, l’e-santé ou le bien vieillir. Nous définirons des cas d’usage et des spécifications des besoins pour l’e-agriculture et le bâtiment intelligent, ferons des simulations puis des expérimentations en situations réelles.
La plateforme CoSWoT favorisera le découplage entre développement des logiciels et le développement des matériels, et facilitera l’émergence d’un nouveau secteur économique de l’industrie numérique autour du développement d’applications WoT, déconnectée du développement des objets intelligents eux-mêmes.

Coordinateur du projet

Madame Frédérique LAFOREST (UMR 5205 - LABORATOIRE D'INFORMATIQUE EN IMAGE ET SYSTEMES D'INFORMATION)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARMINES (FAYOL) ARMINES
Mondeca MONDECA
UJM/LaHC Laboratoire Hubert Curien
TSCF-IRSTEA TECHNOLOGIES ET SYSTEMES D'INFORMATION POUR LES AGROSYSTEMES
LIRIS UMR 5205 - LABORATOIRE D'INFORMATIQUE EN IMAGE ET SYSTEMES D'INFORMATION

Aide de l'ANR 734 476 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2020 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter